南昌大学机械设计期末复习第十章.pdf

吴老师机械设计教学资料 138 第第 10 章章 齿轮传动齿轮传动 一 选择题选择题 (1) 一般参数的闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是 B 。 A. 齿面点蚀 B. 轮齿折断 C. 齿面磨损 D. 齿面胶合 (2) 在闭式齿轮传动中，高速重载齿轮传动的主要失效形式是 C 。 A. 轮齿疲劳折断 B. 齿面疲劳点蚀 C. 齿面胶合 D. 齿面磨粒磨损 E. 齿面塑性变形 (3) 对齿轮轮齿材料性能的基本要求是 A 。 A. 齿面要硬，齿心要韧 B. 齿面要硬，齿心要脆 C. 齿面要软，齿心要脆 D. 齿面要软，齿心要韧 (4) 已知一齿轮的制造工艺过程是：加工齿坯、滚齿、表面淬火和磨齿，则该齿轮的材料是 B 。 A. 20CrMnTi B. 40Cr C. Q235 D. ZCuSn5Pb5Zn5 (5) 对于一对材料相同的软齿面齿轮传动，常用的热处理方法是 D 。 A. 小齿轮淬火，大齿轮调质 B. 小齿轮淬火，大齿轮正火 C. 小齿轮正火，大齿轮调质 D. 小齿轮调质，大齿轮正火 (6) 对于齿面硬度大于 350HBS 的钢制齿轮，其加工的工艺过程一般为 C 。 A. 加工齿坯淬火切齿磨齿 B. 加工齿坯切齿磨齿淬火 C. 加工齿坯切齿淬火磨齿 D. 加工齿坯淬火磨齿切齿 (7) 斜齿轮和锥齿轮强度计算中的齿形系数 Fa Y和应力校正系数 Sa Y应按 B 查图表。 A. 实际齿数 B. 当量齿数 C. 不发生根切的最少齿数 (8) 一减速齿轮传动，主动轮 1 用 45 钢调质，从动轮 2 用 45 钢正火，则它们齿面接触应力的关系是 B 。 A. 2H1H D. 可能相等，也可能不等 (9) 一对标准圆柱齿轮传动，已知50,20 21 =zz ，它们的齿形系数是 C 。 A. 21FaFa YY KUST 吴老师机械设计教学资料 139 齿根弯曲应力是 A 。 A. 2F1F B. 2F1F = C. 2F1F B. BA KK B. 231FaFaFa YYY C. 213FaFaFa YYY D. 312FaFaFa YYY (72) 通常在一对变速齿轮传动中，两轮齿面接触应力 1 、 2 和两轮齿弯曲应力 1F 、 2F 的关系 为 A 。 A. 1 = 2 ， 2F1F B. 1 = 2 ， 2F1F = C. 2H1H ， 2F1F = D. 2H1H ， 2F1F (73) 斜齿圆柱齿轮的齿数z与模数 n m不变，若增大螺旋角则分度圆直径 1 d B 。 A. 不变 B. 增大 C. 减少 D. 不定增大或减少 (74) 齿轮传动中，小齿轮与大齿轮齿面硬度差应取 C 较为合理。 A. 小于30HBS B. 大于30HBS C. 3050HBS (75) 选择齿轮毛坯的形式(锻造、铸造或轧制圆钢)的主要依据是 C 。 A. 齿轮精度 B. 齿面硬度 C. 齿轮直径 D. 齿轮在轴上的布置位置 (76) 高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮传动，选用 D 最合适。 A. 碳钢或合金钢调质 B. 中碳合金钢渗碳淬火 KUST 吴老师机械设计教学资料 146 C. 中碳钢高频淬火 D. 低碳合金钢渗碳淬火 (77) 齿轮强度计算公式中，齿形系数 Fa Y主要受 B 影响；弹性影响系数 E Z主要受 D 影响； 区域系数 H Z主要受 C 影响。 A. 模数 B. 齿数 C. 啮合角 D. 配对齿轮的材料 (78) 按齿面接触疲劳强度设计直齿轮传动时，设计公式中的许用接触应力 H 应取 A 代入计算，而斜齿轮传动时 H 应取 C 。 A. 1 H 和2 H 中的较小者 B. 1 H 和2 H 中的较大者 C. 2 21HH + (当223. 1 HH 时，应取223. 1 HH ) D. 任何一个均可 (79) 按齿根弯曲疲劳强度设计齿轮传动时，应将 11 1 F SaFaY Y 和 22 2 F SaFa YY 中 A 数值代入设计公式 进行计算。 A. 较小者 B. 较大者 C. 平均值 D. 任何一个 (80) 一对相互啮合的圆柱齿轮，小齿轮用45号钢调质，大齿轮用45号钢正火，均按无限寿命计算，则 在载荷作用下，实际应力与许用应力之间存在的关系是 B 。 A. 2H1H =, 2F1F =,2 H1H ,2 F1F B. 2H1H =, 2F1F ,2 H 1 H ,2 F 1 F C. 2H1H , 2F1F =,2 H1H ,2 F1F D. 2H1H , 2F1F =,2 H 1 H =,2 F 1 F (81) 比较两个齿轮接触强度的大小可以用 B 来判别；比较两个齿轮弯曲强度的大小可以用 D 来判别。 A. 比较 1H 和 2H 较小者强度高 B. 比较 1H 1 H 和 2H 2 H 较大者强度高 KUST 吴老师机械设计教学资料 147 C. 比较 1F 和 2F 较小者强度高 D. 比较 1 1F F 和 2 2F F 较大者强度高 (82) 两对齿轮的材料及热处理相同，受载大小相同，工作条件相同。判断它们接触强度的大小，可比 较其 C ；判别它们弯曲强度的大小，可比较其 B 。 A. 齿数的多少 B. 模数m的大小 C. 中心距a的大小 D. 齿面粗糙度的高低 (83) 对轮齿进行齿顶修缘的目的是 C ；把轮齿做成鼓形的目的是 B 。 A. 提高轮齿的弯曲强度 B. 改善载荷沿接触线分布不均匀 C. 减少动载荷 D. 使齿轮装配方便 (84) 有一对标准直齿圆柱齿轮传动，传动比1i，两轮的材料及热处理相同，则 CF 。 A. 两轮的接触强度相等 B. 轮1的接触强度比轮2大 C. 轮1的接触强度比轮2小 D. 两轮的弯曲强度相等 E. 轮1的弯曲强度比轮2大 F. 轮l的弯曲强度比轮2小 (85) 受载较大的软齿面钢制轮齿发生塑性变形时， 由于主动轮齿面摩擦力的方向 C 节线，故齿面 出现 B ；而从动轮齿面上摩擦力的方向 A 节线，故齿面出现 D 。 A. 指向 B. 凹槽 C. 背离 D. 凸棱 (86) 影响一对齿轮接触强度的主要参数是 AB ，而影响弯曲强度的主要参数 BCD 。 A. 中心距 B. 模数 C. 齿宽 D. 齿数 (87) C 传动可以实现平面上直角相交两轴间的传动 A 带 B 圆柱齿轮 C 圆锥齿轮 D 蜗杆 (88) B 方案的机械传动装置较为合理。 A 电动机一齿轮传动一蜗杆传动一工作机 B 电动机一蜗杆传动一齿轮转动一工作机 C 电动机一齿轮传动一带传动一工作机 D 电动机一带传动一齿轮传动一工作机 (89) 机械传动的最大功率之所以受到限制，齿轮传动是因为 C ；蜗杆传动是由于 A ; 带和链传动是受 B 影响。 KUST 吴老师机械设计教学资料 148 A 发热严重 B 轮廓尺寸过大 C 载荷分布不均 (90) 机械传动的最高速度受到限制，齿轮传动是因为 B ，蜗杆传动是由于 C ；而带传动则 是 A 。 A 离心力大 B 动载荷大 C 难以实现热平衡 (91) 齿面硬度小于350HBS的闭式齿轮传动计算，一般按 B 强度设计。而校核 A 强度， 弯曲应力是以 D 作计算点的，而接触应力是以 E 作计算点的。 A 弯曲 B 接触 C 齿顶 D 齿根 E 节点 (92) 图10- 2中三个从动齿轮转速 2 n、扭矩 2 T、轴承间距L与都相同的情况下， B 轴承所受的 径向力最大。 (a) (b) (c) 图10- 2 二二 填空题填空题 (1) 钢制齿轮，由于渗碳淬火后热处理变形大，一般须经过 磨齿 加工，否则不能保证齿轮精度。 (2) 对于开式齿轮传动，虽然主要失效形式是 磨损 ，但目前尚无成熟可靠的 抗磨损 计算方法， 目前仅以 保证齿根弯曲疲劳强度 作为设计准则。这时影响齿轮强度的主要几何参数是 模数 。 (3) 圆柱齿轮设计时，齿宽系数 1d /db=，当b愈宽，承载能力也愈 大 ，但使 载荷分布不均 现象严重。选择 d 的原则是：两齿面圴为硬齿面时， d 取偏 小 值；精度高时， d 取偏 大 值；对 称布置比悬臂布置取偏 大 值。 (4) 有两对闭式直齿圆柱齿轮传动，它们的参数分别为： 1) 62,60, 2,42,18 21 =abmzz 2) 60,60,20, 2,42,18 21 =abmzz o 两对齿轮的材料、热处理硬度、载荷、工况和制造精度相同，其中第 2 对齿轮齿面接触应力大。第 1 对齿轮轮齿接触强度高。 KUST 吴老师机械设计教学资料 149 (5) 有 A、B 两对标准直齿圆柱齿轮传动，已知模数、齿数、齿宽分别为： A 对： mmbzzmmm50,41,18,4 21 = B 对： mmbzzmmm50,82,36,2 21 = 其余条件相同，若按无限寿命考虑，这两对齿轮传动按接触强度所传递的转矩比值= BA/T T 1 ；按抗弯强度考虑， A 对齿轮允许传递的转矩大。 (6) 在斜齿圆柱齿轮设计中，应取 法面 模数为标准值;而直齿锥齿轮设计中，应取 大端 模数 为标准值。 (7) 在齿轮传动中，主动轮所受的圆周力与啮合点处速度方向 相反 ；而从动轮所受圆周力则与 啮合点处速度方向 相同 。 (8) 齿轮传动的主要失效形式有： 齿轮折断 、 齿面点蚀 、 齿面磨损 、 齿面胶合 和 塑性变形 。 (9) 高速重载齿轮传动，当润滑不良时最可能出现的失效形式是 齿面胶合 。 (10) 根据齿轮传动的失效形式，对齿轮材料性能的基本要求是 齿面要硬 与 齿心要韧 。 (11) 计算齿轮强度用的载荷系数K，包括 使用系数 A K、 动载系数 v K、 齿间载荷分配系数 a K 以及 齿向载荷分布系数 K。 (12) 一对直齿圆锥齿轮传动时，小齿轮上受到的轴向力 1a F应等于大齿轮上的 径向 力，且两个力 的方向 相反 。 (13) 斜齿圆柱齿轮的齿形系数 Fa Y与齿轮参数 齿数z、 变位系数x、 螺旋角 有关， 而与 模 数m无关。 (14) 一对齿轮啮合时，其大、小齿轮的接触应力是 相等 的；而其许用接触应力是 不相等 的。 (15) 一对标准直齿圆柱齿轮，若= 1 z18、 2 z=72，则这对齿轮的弯曲应力 F2F1 。 (16) 在设计闭式硬齿面齿轮传动中，当直径一定时，应选取较少的齿数，使模数m增大，以提高齿 轮的 抗弯曲疲劳强度 。 (17) 在一般情况下，齿轮强度计算中，大、小齿轮的弯曲应力 F1 与 F2 是 不相等 的；许用弯 曲应力1 F 与2 F 是 不相等 的。 KUST 吴老师机械设计教学资料 150 (18) 直齿锥齿轮强度计算时，应以 齿宽中点处的当量直齿圆柱齿轮 为计算的依据。 (19) 直齿锥齿轮的当量齿数 v z=cosz；标准模数和压力均按 大 端选取；受力分析和强度计算 以 平均 直径为准。 (20) 圆柱齿轮设计计算中的齿宽系数，是 大 齿轮的齿宽与 小 齿轮的分度圆直径之比。 (21) 当齿轮的圆周速度smv/12时，应采用 喷油 润滑。 (22) 采用正角度变位齿轮传动可以使齿轮的接触强度 增大 ，弯曲强度 增大 。 (23) 直齿圆柱齿轮传动中，齿面受法向力 n F、径向力 r F和切向力 t F的作用，在轮齿啮合的每一点都 可得到以上三个力的大小和方向，但其中只有 法向力 n F在各啮合点为一常量。 (24) 关于齿轮传动强度计算中的齿形系数 Fa Y，对直齿圆柱齿轮应按 齿数 z 选取，而对斜圆柱齿轮 则应按 当量齿数 v z 选取。 (25) 齿轮轮齿弯曲强度计算中，若应力循环特性1 =r，则许用弯曲应力 降低 。 (26) 在单向转动的齿轮上，由于齿轮的弯曲疲劳强度不够所产生的疲劳裂纹，一般容易发在轮齿的 受拉侧的齿根部分 。 (27) 对于齿面硬度小于 350HBS 的软齿面齿轮传动，当采用同种钢制造齿轮时，一般将小齿轮 调质 处理，大齿轮 正火 处理。 (28) 在齿轮传动设计中， 影响齿面接触应力的主要几何参数是 分度圆直径 1 d和 齿宽b ， 而影响极 限接触应力 limH 的主要因素是 齿轮的材料 和 热处理方式 。 (29) 当设计圆柱齿轮传动时，在齿数、齿宽、材料不变的条件下， 增大中心距 可提高齿面接触疲 劳强度。 (30) 在圆柱齿轮传动中，当齿轮直径不变而减小模数时，对轮齿弯曲强度、接触强度及传动的工作平 稳性的影响分别 降低 、 不变 、 提高 。 (31) 人字齿轮传动中产生的轴向力可以 互相抵消 ，故对支承轴承无影响。 (32) 一对齿根弯曲强度裕度较大的齿轮传动，如果中心距、齿宽、传动比保持不变，增大齿轮齿数， 将能改善传动的 平稳 性，并能 减少 金属切削量，减少磨损和胶合的可能性，而其 齿面接触 疲 劳强度不会降低。 (33) 对于大批量生产、尺寸较大和形状复杂的齿轮，在设计时应选择 铸造 毛坯。 (34) 一对渐开线齿轮传动，齿面出现塑性流动，判断主、从动齿轮时，其中齿面有棱脊的齿轮是 从 动轮，而有凹沟的齿轮是 主 动轮。 KUST 吴老师机械设计教学资料 151 (35) 齿轮传动中，引起动载荷和冲击振动的根本原因是基节误差和 齿形误差 。 (36) 在齿轮传动的强度设计中， H 是 齿面接触 应力， H 是 许用齿面接触 应力， F 是 齿 根弯曲 应力， F 是 许用齿根弯曲 应力。 (37) 直齿锥齿轮常用于 相交轴 间的传动。 (38) 锥齿轮的接触强度可近似地按 平均分度圆 处的当量圆柱齿轮进行计算， 这个圆柱齿轮的模数 和齿数为锥齿轮的 平均模数 和 当量齿数 。 (39) 锥齿轮的齿形系数 Fa Y与模数无关，只与 当量齿数 和 变位系数 有关。 (40) 与其它传动形式相比， 齿轮传动的主要优点是 传动效率高 、 传动比准确 、 传递功率大 和 机构紧凑 。 (41) 按轴线的相互关系， 齿轮传动分为 平行轴齿轮传动 、 相交轴齿轮传动 、 交错轴齿轮传动 ; 按工作形式，齿轮传动分为 闭式齿轮传动 、 开式齿轮传动 ; 按齿面硬度，齿轮传动分为 软齿面齿 轮传动 、 硬齿面齿轮传动 。 (42) 齿轮加工中，获得软齿面的常用热处理方法有 正火 、 调质 ；获得硬齿面的常用热处理方 法有 整体淬火 、 表面淬火 和 渗碳淬火 。 (43) 据齿轮设计准则，软齿面闭式齿轮传动一般按 接触强度 设计，按 弯曲强度 校核；硬齿面 闭式齿轮传动一般按 弯曲强度 设计，按 接触强度 校核。 (44) 在齿轮设计计算中，影响使用系数 A K的主要因素有 原动机性能 、 工作机性能 和 载荷 特性 。 (45) 在齿轮设计计算中，影响齿向载荷分布系数 K的主要因素有 齿轮的宽度 、齿轮相对于轴承 的位置 和 支承轴的刚度 。 (46) 高度变位齿轮传动的主要优点是 避免根切,使结构紧凑 、 提高抗弯曲疲劳强度 和 配凑 中心距 。 (47) 在软齿面闭式传动中，齿面疲劳点蚀经常首先出现在 齿面节线附近的齿根部分处，其原因是 该处单对齿啮合接触应力 大 、 相对滑动速度底,不易形成油膜 及 油挤入裂纹使裂纹受力扩张 。 (48) 在变速齿轮传动中，若大、小齿轮材料相同，但硬度不同，则两齿轮工作中产生的齿面接触应力 相等 ，材料的许用接触应力 不相等 。工作中产生的齿根弯曲应力 不相等 ，材料的许用弯曲应 力 不相等 。 (49) 一对外啮合斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是 法面(端面)模数相等 、 法面(端面)压力角相 KUST 吴老师机械设计教学资料 152 等 、 两齿轮螺旋角相等 和 两齿轮螺旋线方向相反。 (50) 在齿轮传动的载荷系数中， 反映齿轮系统内部因素引起的动载荷对轮齿实际所受载荷大小影响的 系数被称为 动载系数 ，影响该系数的主要因素是 传动误差 、 节线速度 和 轮齿啮合刚度 。 (51) 按齿轮结构尺寸的大小不同，齿轮的结构形式主要有 齿轮轴 、 实心式齿轮 、腹板(孔板)式齿 轮 和 轮辐式齿轮 。 (52) 根据轮齿折断产生的原因不同，齿轮轮齿折断分为 疲劳折断 和 过载折断 ；直齿轮轮齿的 折断一般是 全齿折断 ，斜齿轮和人字齿轮轮齿的折断一般是 局部齿折断 。 (53) 在齿轮强度计算中，影响齿面接触应力最主要的几何参数是 分度圆直径d，影响齿根弯曲应力 最主要的几何参数是 模数m。一对标准直齿轮传动，若中心距、传动比等其它条件保持不变，仅增加齿 数 1 z，而减少模数m，则齿轮的齿面接触疲劳强度 不变 。 (54) 增速齿轮传动的强度计算中，转矩 1 T是指 主动齿轮 的转矩，齿数比u等于 大(主动) 齿轮的齿数与 小(从动) 齿轮的齿数之比。 (55) 在判定斜齿圆柱齿轮所受轴向力 a F的方向时，左右手定则仅适用于 主动 轮，使用左手还是 右手，依据 螺旋线 的方向而定。用手握住轴线，四指为 主动轮转向 方向，拇指为 轴向力 方向。 (56) 当直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮的材料、热处理方式及几何参数均相同时，承载 能力最高的是 斜齿圆柱齿轮 传动，承载能力最低的是 直齿圆锥齿轮 传动。 (57) 在直齿圆柱齿轮强度计算中，当齿面接触强度已足够，而齿根弯曲强度不足时，可采取措施采用 正变位 、 增大压力角 和 保持中心距不变而增大模数,减少齿数 来提高弯曲强度。 (58) 在斜齿圆柱齿轮传动中，螺旋角既不宜过小，也不宜过大，因为过小,会使得斜齿轮的特性 难于体现 ， 而过大又会使得 轴向力过大 。 因此， 在设计计算中，的取值应为 oo 208=， 中 心距 可以通过调整来进行圆整。 (59) 在齿轮传动中，轮齿折断一般发生在 齿根 部位，因为该处 所受弯距较大且有应力集中 ， 为防止轮齿折断，应进行 抗弯曲 强度计算。 (60) 当其它条件不变， 作用于齿轮上的载荷增加 1 倍时， 其弯曲应力增加 1 倍； 接触应力增加 2 倍。 (61) 在设计齿轮传动时，由强度条件确定的齿轮宽度b是 大 齿轮宽度，另一齿轮宽度为 mmb)105(+，原因是 有利于齿轮装配时的轴向窜动 。 KUST 吴老师机械设计教学资料 153 (62) 软齿面闭式齿轮传动设计时，通常两齿轮的硬度关系是 小齿轮硬度=大齿轮硬度+(3050) ， 其目的在于 使两齿轮更接近于等强度 。 (63) 由齿轮传动、V 带传动、链传动组成的三级传动装置，宜将链传动布置在 低速 级；带传动布 置在 高速 级；齿轮传动布置在 中间 级。 (64) 齿轮传动总效率主要由 啮合效率 、 搅油效率 和 轴承效率 组成。 (65) 软齿面闭式齿轮传动最常见的失效形式是 齿面点蚀与胶合 ，而开式传动常见的失效形式是 齿面磨损与轮齿折断 。 (66) 软齿面闭式齿轮传动的设计准则是 按接触强度设计，校核轮齿弯曲强度 ，硬齿面闭式传动 的设计准则是 按轮齿弯曲强度设计，校核齿面接触强度 。 (67) 用45号钢制造软齿面的齿轮，其热处理方法是 小轮调质、大轮常化 。 (68) 选择齿轮精度等级的主要依据是 用途、功率大小、速度大小等 。 (69) 材料、齿宽、齿数相同的两对直齿圆柱齿轮传动，mmm5=约为mmm5 . 2=之弯曲强度的 823=倍。 (70) 材料、齿宽、齿数比相同的齿轮传动，中心距mma300=，约为mma150=之接触强度的 2 倍。 (71) 齿轮材料的许用应力主要取决于 传动类型、精度等级、使用寿命长短、可靠程度等 。 (72) 为提高齿轮传动抗点蚀能力，可采取的主要方法有 降低齿面粗糙度及提高油的粘度等 。 (73) 减少齿轮传动由于齿轮传动本身的原因引起的附加载荷的主要方法有 提高传动精度及降低圆 周速度v。 (74) 一根轴上安装有两个斜齿圆柱齿轮，一个主动，另一个被动。为减小其轴向力，两轮的螺旋方向 应相同 。 (75) 灰铸铁齿轮常用于 低速、轻功率、工作平稳的不重要 场合，其主要失效形式是 齿面磨损 及轮齿折断 。 (76) 轮齿齿面产生胶合的主要原因是 高速、 重载， 传动齿面压力大， 润滑效果差， 形成局部过热 ， 为防止胶合，采取的主要措施有 采用抗胶合硫化润滑油，降低粗糙度 。 (77) 轮齿齿面塑性变形失效的原因是 过大的应力作用下，齿面或齿体产生塑性屈服变形 ，特点 为 主动轮出现沟槽、从动轮呈凸脊 ，预防的主要措施有 提高齿面硬度、采用高粘度或有添加剂的 润滑油 。 (78) 写出两种常用的齿轮材料的牌号： 45、40Cr、ZG340- 640 。 KUST 吴老师机械设计教学资料 154 (79) 低速重载软齿面齿轮传动的主要失效形式是 齿面塑性变形 。 (80) 一对齿轮传动，小轮齿面硬度大于350HBS，大轮齿面硬度小于350HBS，其设计准则是 按软齿 面：先以接触强度设计，再校核弯曲强度 。 (81) 一对直齿圆锥齿轮传动，大齿轮所受力的大小分别为NF1628 1 t =,NFa246 1 =，NF539 1r =， 试分别指出 2t F= 1628N ， 2a F= 539N ， 2r F= 246N 。 (82) 写出齿轮及蜗轮传动各力的方向及计算公式。 类型 项目 直齿圆柱齿轮 斜齿圆柱齿轮 直齿圆锥齿轮 圆周力 1 t F )/(2 11 mzT(主动轮反 1 ，从动轮顺 2 ) )/(cos2 1n1 zmT(方向同 直齿圆柱齿轮) )5 . 01 (2 11R mzT( 主 轮反 1 ，从轮顺 2 ) 径向力 1r F tan 1 t F(各自指向核 心) cos/tan n1 t F(恒指向 各自轮心) 21t1 costanFF= (径向力恒指轮心) 轴向力 1a F tan 1 t F(主动轮- “同右手 法则”， 从动轮- “反右手法则”) r21t1 costanFF=( 轴向力由小端大端) (83) 齿轮传动时，如大、小齿轮的材料不同，则大、小齿轮的齿面接触应力 1H = 2H ，齿根弯 曲应力 1F 2F ，许用接触应力1 H 2 H ，许用弯曲应力1 F 2 F 。 (84) 如图10- 3(a)、(b)所示，a、b两齿轮均为重要齿轮传动，a齿轮采用的是 修缘齿 ，其主要目的 是降低 动载 系数的影响；b齿轮采用的是 鼓形齿 ，其主要目的是降低 齿向载荷分布不均匀系数的 影响 系数的影响。 KUST 吴老师机械设计教学资料 155 (a) (b) 图10- 3 重要齿轮传动示意图 (85) 闭式齿轮传动中， 当齿轮的齿面硬度HBS350时， 通常首先出现 齿面点蚀 破坏， 故应按 齿 根弯曲疲劳折断 强度进行设计；但当齿面硬度HBS350时，则易出现 接触疲劳 破坏，应按 齿根弯 曲 强度进行设计。 (86) 在圆锥一圆柱两级齿轮传动中， 如其中有一级用斜齿圆柱齿轮传动， 另一级用直齿圆锥齿轮传动， 则由于圆锥齿轮 大尺寸圆锥齿轮高精度制造困难 ，故一般将圆锥齿轮传动用在 高速级 (高速 级、低速级)。 三三 是非题是非题 (I) 若齿轮在轴上的布置方式和位置相同，则齿宽系数 d 越大，齿向载荷分布系数 K越大。 (T) (2) 一对相互啮合的齿轮，如果两齿轮的材料和热处理情况均相同，则它们的工作接触应力和许用接 触应力均相等。 (F) (3) 对于软齿面闭式齿轮传动，若弯曲强度校核不足，较好的解决办法是保持 1 d和b不变，而减少齿 数，增大模数。 (T) (4) 钢制齿轮多用锻钢制造，只有在齿轮直径很大和形状复杂时才用铸钢制造。 (T) (5) 齿轮传动在高速重载情况下，且散热条件不好时，其齿轮的主要失效形式为齿面塑性变形。 (F) (6 ) 齿轮传动中，经过热处理的齿面称为硬齿面，而未经热处理的齿面称为软齿面。 (F) (7) 动载系数 v K是考虑主、从动齿轮啮合振动产生的内部附加动载荷对齿轮载荷的影响系数。为了减 小内部附加动载荷，可采用修缘齿。 (T) (8) 对于单向转动的齿轮，由于齿轮的弯曲疲劳强度不够所产生的疲劳裂纹，一般产生在受压侧的齿 根部分。 (F) (9) 在开式齿轮传动中，应该根据齿轮的接触疲劳强度设计。 (F) (10) 当按照齿面接触疲劳强度设计齿轮传动时，如果两齿轮的许用接触应力2 H1H ，则在计 算公式中应代入较大者进行计算。 (F) (11) 在计算齿轮的弯曲强度时，将齿轮简化为悬臂梁，并假定全部载荷作用在轮齿的节圆处，则以此 时的齿根弯曲应力作为计算强度的依据。 (F) (12) 为了减小齿轮传动的动载系数 v K，可以采用鼓形齿。 (F) (13) 齿面点蚀失效在开式齿轮传动中不常发生。 (T) KUST 吴老师机械设计教学资料 156 (14) 齿轮传动中，主、从动齿轮齿面上产生塑性变形的方向是相同的。 (F) (15) 标准渐开线齿轮的齿形系数大小与模数有关，与齿数无关。 (F) (16) 一对直齿圆柱齿轮传动，在齿顶到齿根各点接触时，齿面的法向力 n F是相同的。(T) (17) 齿向载荷分布系数 K与齿轮的制造精度、装配误差，以及轴、轴承和机座等的变形有关。 (T) (18) 钢制圆柱齿轮，若齿根圆到键槽底部的距离 n 2mx 时，应做成齿轮轴结构。 (F) (19) 在机床的主轴箱中，用于变速的滑移齿轮应选用直齿锥齿轮。 (F) (20) 在直齿锥齿轮传动中，锥齿轮所受的轴向力必定指向大端。 (T) (21) 由于锥齿轮的几何尺寸是以大端为标准的，因此，受力分析也在大端上进行。 (F) (22) 在选择传动方案时，一般情况下应尽量选用圆柱齿轮，而只有在为了满足传动布置或其他要求的 情况下，才选用锥齿轮传动。 (T) (23) 锥齿轮的齿高与直径度量方向一致，都是沿齿轮的径向度量。 (F) (24) 轴交角 o 90的直齿锥齿轮传动中，如果大小齿轮的齿数不相等，则作用于两齿轮上的力有如 下关系成立，即 2r1r21 FFFF aa =，其中， a FF、 r 分别为锥齿轮所受的径向力和轴向力。 (F) (25) 锥齿轮的标准模数沿整个齿宽上都相同。 (F) (26) 在直齿锥齿轮传动的强度计算中，通常近似地以齿宽中点分度圆处的当量圆柱齿轮 来代替锥齿轮进行强度计算。 (T) (27) 锥齿轮的当量齿数一定小于实际齿数。 (F) (28) 锥齿轮的齿形系数 Fa Y只与齿数有关。 (F) 四四 简答题简答题 (1) 载荷系数K由哪几部分组成?各考虑什么因素的影响? 答：1）载荷系数K包括使用系数 A K、动载系数 v K、齿间载荷分配系数 K以及齿向载荷分布系数 K。 2) 使用系数 A K是考虑齿轮啮合时外部因素引起的动力过载影响的系数；动载系数 v K是考虑齿轮本 身啮合振动产生的内部附加动载荷影响的系数；齿间载荷分配系数 K是考虑同时啮合的齿对之间载荷分 配不均匀的影响系数；齿向载荷分布系数 K是考虑载荷沿齿宽方向分布不均匀影响的系数。 (2) 现有一对啮合的大、小齿轮，问：1) 哪个齿轮的弯曲应力大? 2) 写出大、小齿轮齿根弯曲疲劳强 KUST 吴老师机械设计教学资料 157 度相等的条件的表达式；3) 若两轮的材料、热处理及齿面硬度均相同，且寿命系数都为 1，那么哪一个齿 轮齿根弯曲疲劳强度高? 答：1) 由于小齿轮 1 的齿数 1 z小于大齿轮的齿数 2 z，可知 2211SaFaSaFa YYYY，所以 F2F1 。 2） 22 2 F 11 1 F SaFaSaFa YYYY = 3) 大齿轮的弯曲疲劳强度高。 (3) 齿面点蚀一般首先发生在轮齿的什么部位?在开式齿轮传动中，为什么一般不出现点蚀破坏?如何 提高齿面抗点蚀的能力? 答：1) 齿面点蚀一般首先发生在靠近节线的齿根面上。 2) 因为齿面磨损较快。 3) 提高齿面抗点蚀能力措施有：提高齿轮材料的硬度；在啮合的轮齿间加注润滑油。 (4) 齿轮传动的设计准则是什么?开式齿轮与闭式齿轮的设计准则各是什么？ 答：目前设计般使用的齿轮传动时，通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准 则进行计算。 在闭式齿轮传动中，一般应先按接触疲劳强度设计，然后对其轮齿的抗弯疲劳强度进行校核。但是当 齿面的硬度较高(硬度350HBS)时，般按轮齿齿根的抗弯疲劳强度设计，然后再校核其齿面接触疲劳强 度。 在开式(半开式)齿轮传动中，通常以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。 (5) 如图 10- 4 所示的斜齿圆柱齿轮传动，轮 1 通过轮 2 (惰轮)带动从动轮 3 转动，已知轮 1 转向 1 n及 螺旋线方向。 图 10- 4 1) 画出轮 2、3 的转向及螺旋线方向； 2) 画出轴上齿轮 2 的啮合点处所受各分力方向： KUST 吴老师机械设计教学资料 158 3) 分析轮 2 齿根弯曲应力是什么性质的应力。 答：1） 、2）见答图 1 答图 1 3）轮 2 齿根弯曲应力是对称循环。 (6) 齿面接触疲劳强度计算的计算点位于何处，其计算的力学模型是什么，针对何种失效形式? 答：计算点是位于节点上，力学模型是分别以两齿廓在接触点处的曲率半径为半径的两个圆柱体的弹 性接触，齿面接触疲劳强度的计算主要是针对齿面点蚀失效。 (7) 什么叫硬齿面齿轮和软齿面齿轮，分别适用于什么场合? 答：当齿轮的齿面硬度350HBS 时称为硬齿面齿轮，反之，当齿面硬度350HBS 时称为软齿面齿轮。 硬齿面齿轮适用于高速、重载以及精密机器，而软齿面齿轮适用于强度、速度以及精度都要求不高的一般 场合。 (8) 选择齿轮的齿数时应考虑哪些因素的影响? 答： min zz 17，以避免产生根切。 在m不变的情况下，z太大，会导致结构尺寸太大。 1 d相同时，z大些，m小，金属切削量少，省工时，经济。 为考虑提高接触疲劳强度，增加传动平稳性，z可取大些。 当a不变时，z增加，可以减小模数，降低齿高，还能减小滑动速度，减少磨损和胶合的可能性。 对开式齿轮，选用较小 1 z，较大m，轮齿较厚，齿轮较耐磨。 (9) 齿轮传动的轮齿啮合过程中的附加动载荷与哪些因素有关，对齿轮传动承载能力有何影响，应如 何减轻或消除？ 答：齿轮传动中的附加动载荷与制造及装配产生的误差、轮齿受载产生的弹性变形、啮合轮齿的刚度 变化以及齿轮的圆周速度有关，它降低了齿轮传动的承载能力。提高齿轮的制造精度和装配精度、降低齿 KUST 吴老师机械设计教学资料 159 轮的圆周速度以及对轮齿的齿顶进行修缘，均可以减轻或消除附加动载荷的影响。 (10) 圆柱齿轮在什么情况下可采用齿轮轴结构，齿轮轴上齿轮的齿根圆直径是否可以小于轴的直径? 答：当齿根圆距轮毂键槽底部的距离x n )5 . 22(m时，应该采用齿轮轴结构。当轴的强度足够时， 齿轮轴的齿根圆直径允许小于轴的直径。 (11) 在平行轴外啮合斜齿轮传动中，大、小斜齿轮的螺旋角方向是否相同，斜齿轮的受力方向与哪些 因素有关? 答：在平行轴外啮合斜齿轮传动中，大、小斜齿轮的螺旋角方向相反，而且，斜齿轮的受力方向与齿 轮的转动方向、螺旋角方向以及是主动齿轮还是从动齿轮等因素有关。 (12) 在进行齿轮强度计算时，为什么不用平均载荷或名义载荷而用计算载荷，计算载荷中考虑了哪些 方面的影响因素? 答：平均载荷或名义载荷是根据额定功率及额定转速，并通过力学模型计算得到的，没有考虑原动机 及工作机的性能，而且，也没有考虑轮齿在啮合过程中产生的动载荷以及载荷沿接触线分布不均等因素的 影响，因此，不能直接用于齿轮的强度计算。而计算载荷主要考虑了原动机及工作机的性能、工作情况、 轮齿啮合产生的动载荷、载荷在齿面上沿接触线分布的均匀性等因素，因此，在进行齿轮强度计算时，应 该用计算载荷进行计算。 (13) 为什么要用计算载荷设计齿轮传动?计算载荷与名义载荷的关系?载荷系数主要考虑了哪些因素? 答：齿轮在工作中,其承载能力和使用寿命将受到原动机、工作机、加工及装配精度等多种因素的影响, 而依据理论计算获得的名义载荷并没有考虑这些影响因素,计算载荷是以名义载荷为基础,同时考虑其它因 素对齿轮传动影响的当量载荷,利用计算载荷进行齿轮传动设计,其计算结果更符合实际工况。 计算载荷=载荷系数名义载荷 载荷系数 K KKKK vA = 式中 使用系数 A K考虑原动机性能、 工作机性能、载荷特性等齿轮外部因素对齿 轮传动的影响； 动载系数 v K考虑制造精度、运转速度等轮齿内部因素引起的附加动载荷对齿轮传动的影响； 齿间载荷分配系数 K考虑同时啮合的各对轮齿间载荷分配不均匀对轮齿应力的影响； 齿向载荷分布系数 K考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对轮齿英里的影响。 (14) 普通斜齿圆柱齿轮的螺旋角取值范围是多少，为什么人字齿轮的螺旋角允许取较大的数值? 答：普通斜齿圆柱齿轮的螺旋角取值范围为 oo 208，常取 oo 158。人字齿轮在传动的过程中， KUST 吴老师机械设计教学资料 160 其所受的轴向力可相互抵消，因此，其螺旋角允许取较大的数值。 (15) 对于圆柱齿轮传动，一般小齿轮齿宽 1 b大于大齿轮齿宽 2 b，为什么?在进行强度计算时，齿宽系 数 1 d d b =中的齿宽b应代入哪一个？ 答：选择 21 bb ，主要是为了在装配时容易保证轮齿沿全齿宽啮合，从而保证工作强度。而且，还可 以节省材料和加工齿轮的工时，降低成本。 1 d d b =中的齿宽b应代入大齿轮的齿宽 2 b。 (16) 硬齿面和软齿面齿轮在点蚀失效和轮齿折断失效方面有何不同，设计时应如何考虑? 答：硬齿面齿轮主要出现的是轮齿折断失效，也有可能出现点蚀失效，而软齿面齿轮主要出现的是点 蚀失效，也有可能出现轮齿折断失效。 硬齿面齿轮应按齿根弯曲疲劳强度进行设计，并按齿面接触疲劳强度进行校核，而软齿面齿轮则应按 齿面接触疲劳强度设计，并按齿根弯曲疲劳强度校核。 (17) 圆柱直齿轮、圆柱斜齿轮、直齿锥齿轮的标准模数m和标准压力角在何处? 答：圆柱直齿轮的标准模数m和标准压力角在端面，而圆柱斜齿轮和直齿锥齿轮的标准模数m和 标准压力角则分别在法面和大端。 (18) 直齿锥齿轮所受的法向力 n F作用于何处，为什么? 答：直齿锥齿轮所受的法向力 n F通常认为是作用在齿宽中点处。因为当对齿轮进行受力分析时，把 沿齿宽均布载荷作为集中载荷来处理，而且，在强度计算时也是用齿宽中点的当量齿轮进行计算。 (19) 为什么大锥齿轮的轮毂一般取较宽的尺寸。 答：因为锥齿轮在传动过程中受有较大的轴向力，而轮的宽度较窄，因此要选取较宽的轮毂。 (20) 锥齿轮通常有哪几种结构形式，在什么情况下应做成锥齿轮轴结构? 答：锥齿轮通常可做成锥齿轮轴、实心式、腹板式或带加强肋腹板式等几种结构形式。当锥齿轮小端 齿根圆到键槽顶面的距离mx6 . 1者，将首先产生弯曲疲劳破坏，否则，将不易产生弯曲疲劳 破坏。 (39) 在展开式二级斜齿圆柱齿轮减速器中，已知：中间轴上高速级大齿轮的螺旋线方向为左旋，齿数 51 1 =z，螺旋角 o 15 1= ，法面模数3 n =m；中间轴上低速级小齿轮的螺旋线的方向也为左旋，其齿数 2 z，法面模数15 n =m。试问：低速级小齿轮的螺旋角 2 应为多少时，才能使中间轴上两齿轮的轴向力 相互抵消? 答：若使中间轴两齿轮轴向力能够相互抵消，则必须满足下式条件 21aa FF= 即 22t11 t tantan=FF 1 2t 1 t 2 tantan= F F 由中间轴向力矩平衡得 22 2 2t 1 1 t d F d F= 则 1 1 2 1 1 2 1 2t 1 t 2 tan cos513 cos175 tantantan = d d F F 得 1438. 015sin 153 175 sin 2 = = o 则 2161827. 8 2 = oo (40) 在两级圆柱齿轮传动中，如其中有一级用斜齿圆柱齿轮传动，它一般被用在高速级还是低速级? 为什么? 答：斜齿圆柱齿轮传动应用在高速级。因为斜齿轮传动轮齿是逐渐进入啮合和脱离啮合，传动比较平 稳，适合于高速传动，同时，高速级传递扭矩较小，斜齿轮产生的轴向力也较小，有利于轴承部件其它零 件的设计。 (41) 试述齿形系数 Fa Y的物理意义， 并说明齿形系数与哪些因素有关?为什么齿形系数 Fa Y与模数m无 关?同一齿数的直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮的 Fa Y值是否 相同? KUST 吴老师机械设计教学资料 166 答：齿形系数 Fa Y反映了轮齿几何形状对齿根弯曲应力 F 的影响。其主要影响因素有：齿数 z、变位 系数x、压力角、齿顶高系数 a h、齿廓曲率半径等。由于模数m变化时，齿廓随之放大或缩小，但 形状不变，因此，齿形系数 Fa Y与模数m无关。因为直齿轮的齿形系数是根据齿数z查得的，斜齿轮和圆 锥齿轮的齿形系数是用当量齿数 v z查得的，而斜齿轮的当量齿数 3 cos/zzv=，圆锥齿轮的当量齿数 coszzv=。(为螺旋角，为锥顶角)所以，同一齿数的直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿 轮的齿形系数 Fa Y是不相同的。 (42) 试述寿命系数 HN K、 FN K在齿轮强度计算中的意义，其值与哪些因素有关? 答：在齿轮强度计算中，当设计齿轮为有限寿命时，利用寿命系数 HN K对齿轮材料的极限接触应力 limH 试验值进行修正，利用寿命系数 FN K对齿轮材料的极限弯曲应力 limF 试验值进行修正， 使齿轮许用 应力的计算更符合设计工况。 寿命系数 N K、 N Y主要与应力循环基数 0 N、疲劳曲线指数m及所设计齿轮的应力循环次数N有关。 h naLN60= 式中 n齿轮转速； a齿轮转一周，同一侧齿面啮合的次数； h L齿轮的工作寿命。 (43) 试说明接触最小安全系数 minH S可以使用小于 1 数值的道理。 答：齿轮许用接触应力计算式为： HlimHH /Sz=。而齿轮材料极限接触应力 limH 是在一定试验 条件下获得的，其中条件之一就是假设齿轮的失效概率为 1。所以，当所设计的齿轮允许失效概率大于 1时，可以通过将 minH S。取值小于 1 的方法来提高材料的许用接触应力，更加充分地发挥齿轮材料的性 能。 (44) 试述齿轮传动中，减少齿向载荷分布系数 K的措施。 答：提高支承刚度，减少受力变形；尽可能使齿轮相对于轴承对称布置或远离转矩输入端；合 理确定齿轮宽度，避免齿轮过宽；提高制造和安装精度；对轮齿进行沿齿宽方向的修形。 (45) 直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮各取什么位置的模数为标准值? 答：直齿圆柱齿轮由于其齿形平行于轴线，齿廓的法截面与端面共面，法面模数与端面模数相等，故 KUST 吴老师机械设计教学资料 167 取端面模数(或称法面模数)为标准值。 斜齿圆柱齿轮取其法面模数为标准值。因为在加工斜齿轮时，铣刀沿螺旋线方向进刀，铣刀的齿形等 于齿轮的法向齿形，端面模